دانلود مقاله در مورد مبدل‌هاي حرارتي

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 5 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏ ‏م‏بدل‏‌‏هاي حر‏ا‏رتي‏ ?‏ 1
‏مبدل‏‌‏هاي حرارتي
‏مبدل‏‌‏هاي حرارتي، دستگاه‏‌‏هايي هستند كه به كمك آنها مي‏‌‏توان در اثر تماس غيرمستقيم دو سيال، سيالي را سرد يا گرم كرد. در مورد اين كه كدام يك از دو سيال داخل لوله و كدام يك خارج لوله و در پوسته جريان داشته باشد، مي‏‌‏توان معيارهاي زير را مدنظر قرار داد.
‏بهتر است سيال با ظرفيت حرارتي بيشتر در لوله داخلي و سيال با ظرفيت كمتر در لوله خارجي باشد، چون با نصب ظرفيت فين (پره) در لوله خارجي مي‏‌‏توان ضريب كلي انتقال حرارت (U‏) را افزايش داد.
‏سيال خورنده در لوله داخلي جريان داشته باشد تا در اثر نشت احتمالي به محيط نشت نكند.
‏بهتر است فاز سمي در لوله داخلي جريان داشته باشد تا در اثر نشت احتمالي به محيط نشت نكند.
‏سيالي كه دماي آن به دماي محيط نزديك‏‌‏تر است، در لوله خارجي باشد.
‏سيالي كه تمايل به رسوب‏‌‏گذاري بيشتري دارد در لوله خارجي باشد.
‏مطابق شكل 1-1، براي محاسبه انتقال حرارت بين دو سيال مي‏‌‏توان از روابط زير استفاده نمود:
qA = mA cPA (T2 – T1)A
qB = mB cPB (T1 – T2)B
q = AU∆TLn
AU = AoUo = AiUi
= LMTD
‏ ‏م‏بدل‏‌‏هاي حر‏ا‏رتي‏ ?‏ 3
‏كه در اين رابطه، U‏ ضريب كلي انتقال حرارت، Ui‏ ضريب كلي انتقال حرارت مربوط به سطح داخلي و ∆Tln‏ متوسط لگاريتمي اختلاف دما (Log Mean Temperature Difference‏) مي‏‌‏باشد.
‏شكل ‏1‏-1‏ ‏مبدل حرارتي دو لوله‏‌‏اي و مدار الكتريكي مشابه آن
‏آرايش مختلف جريان‏‌‏ها در مبدل‏‌‏هاي حرارتي در شكل 1-2 آورده شده است. در اين شكل، محور افقي تمام حالت‏‌‏ها معرف طول مبدل مي‏‌‏باشد.
‏در مورد تبخيركنننده حالت (و) مي‏‌‏توان گفت كه جريان با دماي بالاتر انرژي خود را به جريان خنك‏‌‏تر مي‏‌‏دهد و باعث به جوش آوردن جريان با درجه حرارت پايين در درجه حرارت ثابت مي‏‌‏شود، به‏‌‏طور مشابه در حالت (د) اين وضعيت برقرار است.
‏براي داشتن سرعت بيشتر، لوله‏‌‏هاي كوتاهتر و كاهش مشكل انبساط از مبدل‏‌‏هاي چند مسيره استفاده مي‏‌‏شود.
‏شكل ‏1‏-‏2‏ ‏آرايش مختلف جريان‏‌‏ها در مبدل‏‌‏هاي حرارتي
‏همانطور كه قبلاً اشاره شد، رابطه بالا براي مبدل‏‌‏هاي حرارتي دو لوله‏‌‏اي صادق است، ولي اگر مبدل به صورت‏‌‏هاي ديگر (مبدل با يك پوسته و با مضربي از دو مسير لوله، با دو پوسته و با مضربي از چهار مسير لوله، مبدل حرارتي با جريان عمود بر هم يك مسيره كه هر دو سيال غيرمخلوط هستند و …) باشد مقدار گرماي انتقال يافته از رابطه زير به دست مي
‏ ‏م‏بدل‏‌‏هاي حر‏ا‏رتي‏ ?‏ 4
‏‌‏آيد.
q = AUF∆Tln
‏كه F‏ ضريب تصحيح بوده و مقدار F‏ براي انواع مختلفي از دياگرام‏‌‏هاي مربوط به‏ دست مي‏‌‏آيد. طراحي مبدل (محاسبه سطح مبدل) در صورت منوط به انجام حدس و خطاست، ولي با تعريف كارايي مبدل حرارتي، اين طراحي آسان‏‌‏تر صورت مي‏‌‏گيرد. اين روش كه ناسلت آن را پايه‏‌‏گذاري كرد به نام روش تعداد واحدهاي انتقال (N.T.U‏ يا Number of Transfer Unit‏) معروف است. در ادامه به طور خلاصه به اين روش پرداخته مي‏‌‏شود:
‏ ‏انتقال حرارت واقعي
‏= كارايي مبدل حرارتي =
‏ماكزيمم انتقال حرارت
‏با توجه به اين‏‌‏كه q = CH(THi – Tho) = CC(TCo – Tci)‏ (توجه شود كه C=m.c‏ كه c‏ ظرفيت حرارتي است). به راحتي مي‏‌‏توان دريافت كه هر جريان كه داراي بيشتري اختلاف دما باشد، بايد كمترين C‏ را نيز داشته باشد. يعني:
Cc > Cmin‏ يا CH > CC‏ “‏ ∆Tc > ∆TH‏ (1 اگر
CH > Cmin‏ يا CC > CH‏ “‏ ∆TH > ∆Tc‏ (2 اگر
‏چون در تعريف كارآيي، براي ماكزيمم انتقال حرارت (مخرج تعريف) سطح مبدل را بي‏‌‏نهايت تصور مي‏‌‏كنيم. پس دماي خروجي جريان سرد (در حالت CH > CC‏) مي‏‌‏تواند به دماي ورودي جريان گرم برسد (به‏‌‏طور مشابه دماي خروجي جريان گرم در حالت CH
‏شكل ‏1‏-‏3‏ ‏توزيع دما در مبدل مختلف جريان سرد بيشترين اختلاف دما را دارد.
‏اهميت اين رابطه در طراحي اين است كه فقط احتياج به دانستن دماهاي ورودي جريان گرم و سرد است، البته به شرط آن كه كارايي مبدل حرارتي (
‏ ‏م‏بدل‏‌‏هاي حر‏ا‏رتي‏ ?‏ 4
‏) معلوم باشد.
‏محاسبات رياضي نشان داده است كه كارآيي مبدل‏‌‏ها فقط تابعي از نسبت‏‌‏هاي ‏ مي‏‌‏باشد كه U‏ ضريب كلي انتقال حرارت و A‏ سطح مبدل حرارتي است، دو حالت بسيار ساده زير مويد اين مطلب است:
‏در صورتي كه در مبدل مختلف الجهت C=1‏ باشد، داريم:
‏در صورتي كه كندانسور و يا تبخيركننده داشته باشيم، ملاحظه شد كه دماي يك جريان ثابت مي‏‌‏ماند، در مورد اين جريان C = 0 or Cmax ” ∞
‏در ضمن هرچه NTU‏ بيشتر شود، كارايي مبدل بيشتر مي‏‌‏شود، به شرط آن كه در مورد مبدل‏‌‏هاي هم‏‌‏جهت مقدار NTU‏ ‏از سه و در مبدل‏‌‏هاي مختلف‏‌‏الجهت مقدار NTU‏ از 5 بيشتر نباشد. كاهش نسبت ‏ نيز بر افزايش كارايي مبدل اثر دارد، ولي اين كاهشِ نسبت نمي‏‌‏تواند تا صفر شدن دبي يكي از جريان‏‌‏ها ادامه يابد، چرا كه در اين صورت از مبدل تنها يك جريان عبور مي‏‌‏كند كه با اساس كار مبدل منافات دارد.
‏من‏ـــ‏ب‏ــــ‏ع:
‏معاضد، محمدتقي و ديگران، مهندسي شيمي، انتشارات اركان، زمستان 1379